FR2524550A1 - Moteur a explosion a piston rotatif - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES MOTEURS A EXPLOSION A PISTON ROTATIF. LE MOTEUR FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST DU TYPE COMPRENANT UNE CHAMBRE DE TRAVAIL DANS LAQUELLE EST MONTE UN ROTOR OU PISTON ROTATIF, LADITE CHAMBRE DE TRAVAIL AYANT UNE SURFACE INTERIEURE TROCHOIDALE ET ETANT MISE EN COMMUNICATION AVEC UN CANAL D'ADMISSION DE GAZ ET AVEC UN CANAL D'ECHAPPEMENT DES PRODUITS DE COMBUSTION QUI S'Y FORMENT, ET EST CARACTERISE EN CE QUE LA PRECHAMBRE 17 EST REALISEE EN FORME DE CONE S'ELARGISSANT AU FUR ET A MESURE QUE L'ON S'ELOIGNE DU PULVERISATEUR 20 DE L'INJECTEUR 19, ET QU'IL EST PREVU DANS LA PRECHAMBRE 17 UNE SECONDE BOUGIE D'ALLUMAGE 22, QUI EST SITUEE, PAR RAPPORT AU PULVERISATEUR 20 DE L'INJECTEUR 19, A UNE DISTANCE PLUS GRANDE QUE LA BOUGIE D'ALLUMAGE 21 CITEE EN PREMIER. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX MOTEURS A EXPLOSION A PISTON ROTATIF POUR AUTOMOBILES, MOTOCYCLETTES, ETC.
Description
La présente invention concerne les moteurs à explosion et a notamment pour objet un moteur à explosion à piston rotatif.
La moteur à explosion à piston rotatif conforme à l'invention peut être utilisé avec une efficacité maximale en tant qutunité motrice d'automobile.
Le moteur faisant l'objet de l'invention peut être utilisé en tant qu'unité motrice d'autres véhicules, par exemple de motocyclettes, de motoneige, ainsi quten tant qu'unité motrice à poste fixe.
Un moteur à explosion à piston rotatif connu (cf., par exemple, brevet Grande-Bretagne NO 1039 546, cl. FIF, publié en 1966) comprend une chambre de travail ménagée dans son carter, la surface formant cette chambre étant trocholdale. La chambre de travail est mise en communication avec des canaux d'admission des gaz et d'échappement des produits de combustion qui s'y forment.
Le canal d'admission des gaz est ménagé dans le flasque du carter du moteur, et le canal d'échappement des produits de combustion est ménagé dans le carter et s'étend de la surface trochoidale de la chambre de travail à la surface extérieure du carter.
Ce moteur connu comporte aussi une pré chambre située dans son carter. La préchambre est mise en communication avec la chambre de travail par un canal d'éjection de flamme passant dans la zone du petit axe de la trochorde.
La préchambre est équipée d'un injecteur de carburant, comportant un pulvérisateur, et d'une bougie d'allumage pour l'inflammation du mélange carburé.
La préchambre a une forme étagée, constituée par un tronc de cône dont le sommet est orienté vers la chambre de travail et par un cylindre aligné avec le tronc de cône, avec lequel il a une base commune.
Dans l'axe de la préchambre, dans la face de sa partie cylindrique, est placé l'injecteur de carburant avec son pulvérisateur, et la bougie d'allumage est montée dans la surface latérale de la préchambre, dans la zone où se trouve le pulvérisateur de l'injecteur.
Dans la chambre de travail est place un arbre à excentrique, sur lequel est monté sur palier un rotor (piston) triangulaire. Aux sommets du rotor, constitués par les lignes d'intersection de ses faces latérales, sont ménagées des rainures recevant des joints d'étanchéité radiaux, serrés contre la surface trochoidale de la chambre de travail par des lames élastiques.
Dans les faces frontales du rotor sont ménagées des rainures en arc, dans lesque les sont placés des joints d'étanchéité frontaux serrés en permanence par des ressorts contre les flasques du carter. Dans les faces frontales du rotor sont aussi ménagées des gorges circulaires recevant des joints d'huile.
Pour le raccordement (la jcnction, l'aboutage) des joints radiaux avec les joints frontaux, sont prévus des trous cylindriques borgnes ménagés aux sommets du rotor, dans lesquels sont placés des cylindres d'étanchéité serrés par des ressorts.
La chambre de travail conterant le rotor monté sur l'arbre à excentrique est fermée des deux côtés par des flasques dans lesquels sont logés des paliers (coussinets) portant l'arbre à excentrique.
Dans l'un des flasques est monté fixe un pignon de synchronisation à denture extérieure, engrené avec un pignon de synchronisation calé sur le rotor. Les pignons de synchronisation assurent le mouvement trochoidal du rotor.
L'arbre à excentrique est monté dans la chambre de travail avec possibilité de rotation, de telle sorte qu'entre les faces latérales du rotor, les flasques du carter et la surface intérieure trocholdale de la chambre de travail il se forme des cavités de volume variable, dans lesquelles se déroule le cycle à quatre temps du moteur à explosion.
Dans ce moteur connu il est extrêmement difficile d'assurer la combustion complète du mélange carburé à tous les régimes de marche du moteur, car lorsque la disposition relative de l'injecteur avec son pulvérisateur, d'une part, et de la bougie d'allumage, d'autre part, est celle décrite plus haut, la composition du mélange carburé se trouvant dans la zone des électrodes varie fortement en fonction du régime de marche du moteur et, à certains régimes, son pouvoir d'inflammation peut sortir des limites-d'inflam mabilité.
La plage de marche fiable du moteur est déterminée par les limites d'inflammabilité du mélange carburé en fonction de sa composition. C'est pourquoi, dans certains cas, dans les moteurs analogues à celui décrit, on emploie une régulation de puissance combinée; toutefois, ceci baisse les qualités économiques en utilisation, accroît les émissions de substances toxiques avec les gaz d'échappement, complique et rend plus cher l'appareillage d'alimentation en carburant.
On s'est donc proposé de créer un moteur à explosion à piston rotatif dont la préchambre serait de conception telle qu'elle permettrait d'assurer une combustion suffisamment complète du mélange carburé, pratiquement à tous les régimes de marche du moteur.
La solution consiste en ce que, dans le moteur à explosion à piston rotatif comprenant une chambre de travail dans laquelle est placé un rotor (piston rotatif), cette chambre de travail, dont la surface intérieure est trochoidale, étant mise en communication avec un canal d'admission de gaz et avec un canal d'échappement des produits de combustion qui s'y forment, ainsi qu'une pré chambre mise en communication avec la chambre de travail par un canal d'éjection de flamme, cette préchambre comportant une bougie d'allumage et un injecteur de carburant doté d'un pulvérisateur et monté dans la préchambre sensiblement en face de l'orifice d'entrée du canal d'éjection de flamme passant dans la zone du petit axe de la trocholde, d'après l'invention la préchambre est réalisée en forme de cône s'élargissant au fur et à mesure que l'on s'éloigne du pulvérisateur de l'injecteur, et il est prévu dans la préchambre une seconde bougie d'allumage située, par rapport au pulvérisateur de l'injecteur, à une distance plus grande que celle de la première.
Une telle conception du moteur à explosion à piston rotatif assure une stratification suffisamment complète du mélange carburé, tant entre la chambre de travail et la préchambre que dans la préchambre elle-même, ce qui est particulièrement important pour la combustion complète du mélange carburé dans toute la plage de marche du moteur.
La réalisation de la préchambre sous la forme d'un cône s'élargissant au fur et à mesure que lton s'éloigne du pulvérisateur de l'injecteur correspond le plus complètement à la forme du jet de carburant pulvérisé et, selon le régime de marche du moteur, la portée du jet de carburant pulvérisé le long de l'axe de la préchambre change elle aussi.
A vide et aux charges partielles, le mélange s'enflammant le plus facilement se trouve près de la bougie située dans la zone du pulvérisateur de l'injecteur, alors que près de la bougie se trouvant à une distance plus grande du pulvérisateur, le mélange carburé contient trop peu de carburant et ne peut s'enflammer, aussi, à ces régimes, c'est la bougie située près du pulvérisateur de l'injecteur qui fonctionne. Le coefficient d'excès d'air dans la pré chambre à ces régimes de marche du moteur atteint 1,4 à 2,0.
Aux régimes d'injection accrue de carburant, le mélange carburé se trouvant près de la bougie située dans la zone du pulvérisateur de l'injecteur est trop saturé de combustible et ne s'enflamme pas. A ces régimes, le mélange est enflammé par la bougie d'allumage la plus éloignée du pulvérisateur de l'injecteur.
Il est avantageux que la distance entre le pulvérisateur de l'injecteur et la première bougie d'allumage soit comprise entre environ 0,1 et environ 0,4 de la longueur de la préchambre, et que la distance entre ledit pulvérisateur et la seconde bougie d'allumage soit comprise entre environ 0,6 et environ 1 fois la longueur de la préchambre.
La disposition de la première bougie à une distance du pulvérisateur de l'injecteur comprise entre environ 0,1 et environ 0,4 de la longueur de la préchambre assure l'inflammation la plus fiable du mélange à vide et auxcharges partielles, car, à ces régimes, c'est dans cette portion de la longueur de la pré chambre que le mélange carburé a la composition la plus favorable à l'inflammation.
La disposition de la première bougie d'allumage à une distance supérieure à 0,4 de la longueur de la préchambre diminue la plage de fonctionnement du moteur sans à-coups aux charges partielles et à vide, par suite de la faible teneur du mélange en carburant près des électrodes de la bougie d'allumage. Le mélange carburé pauvre en carburant s'enflamme mal ou ne s'enflamme pas du tout, selon son taux de carburant.
La disposition de la première bougie d'allumage à une distance inférieure à 0,1 de la longueur de la préchambre provoque aussi des à-coups dans le fonctionnement du moteur, par suite de l'éclaboussement des électrodes de la bougie d'allumage et du taux accru de carburant dans le mélange près des électrodes de la bougie d'allumage. Il en résulte que le mélange à fort taux de carburant s'enflamme mal ou ne s'enflamme pas du tout.
La disposition de la seconde bougie d'allumage à une distance du pulvérisateur de l'injecteur comprise entre environ 0,6 et environ 1 fois la longueur de la préchambre, assure l'inflammation la plus fiable du mélange carburé aux fortes charges, car, à ces régimes, c'est dans cette portion de la longueur de la pré chambre que le mélange carburé a la composition la plus favorable à l'inflammation.
La disposition de la seconde bougie d'allumage à une distance inférieure à 0,6 de la longueur de la pré chambre altère le fonctionnement du moteur par suite de la teneur accrue du mélange en carburant dans la zone des électrodes de la seconde bougie; il en résulte que le mélange s'enflamme mal.
La seconde limite de disposition de la bougie (1 fois la longueur de la préchambre) est déterminée par la longueur de la préchambre.
il est recommandé que le rapport de la longueur de la pré chambre au diamètre maximal de sa section transversale se situe entre environ 2 et environ 5.
Un tel rapport de la longueur de la pré chambre au diamètre maximal de sa section transversale est choisi pour assurer des conditions optimales de stratification du mélange carburé et de balayage des gaz résiduels de la préchambre après la combustion du mélange.
Si le rapport de la longueur de la pré chambre au diamètre maximal de sa section transversale est choisi plus petit que la limite inférieure, c'est-à-dire plus petit que 2, il se produit dans la préchambre une forte turbulence des gaz, qui s'oppose à la stratification du mélange carburé et contribue à son homogénéisation, c'està-dire à son brassage jusqu'à uniformisation de sa composition; il en résulte un fonctionnement instable du moteur à vide et aux charges partielles.
Une augmentation du rapport de la longueur de la pré chambre au diamètre maximal de sa section transversale au-dessus de 5 conduit à un balayage insatisfaisant des gaz résiduels de la préchambre, par suite du trop grand allongement de celle-ci. Dans la zone du pulvérisateur de l'injecteur il reste dans ce cas une grande quantité de gaz résiduels qui, en se mélangeant avec le mélange carburé, ralentissent son inflammation et sa combustion, ce qui altère la marche du moteur.
Il est avantageux que la pré chambre ait un volume tel que son rapport à la valeur de la section transversale du canal d'éjection de flamme se situe entre environ 100 cm et environ 10 cm.
La réalisation de la pré chambre et du canal d'éjection de flamme de façon que le rapport du volume de la préchambre à la section transversale du canal d'éjection de flamme soit compris entre environ 100 cm et environ 10 cm assure un balayage satisfaisant des gaz résiduels de la préchambre, pour une quantité admissible de fuites des gaz d'une cavité de volume variable à l'autre au moment où le joint d'étanchéité radial passe devant ltorifice du canal d'éjection de flamme pendant la rotation du rotor, et assure des pertes insignifiantes de gaz par fuite de la chambre de travail à la préchambre et dans le sens inverse.
L'augmentation de ce rapport au-dessus de 100 cm entraîne de grandes pertes de gaz par fuite de la chambre de travail à la pré chambre et dans le sens inverse et altère le balayage des gaz résiduels de la pré chambre par suite du fort effet de laminage exercé par le canal d'éjection de flamme.
La diminution du rapportau-dessous de 10 cm provoque une forte fuite de gaz d'une cavité de volume variable à l'autre au moment où le joint d'étanchéité radial passe devant l'orifice du canal d'éjection de flamme pendant la rotation du rotor, ce qui nuit aux performances économiques du moteur.
La diminution du rapport au-dessous de 10 cm augmente la turbulence à l'intérieur de la préchambre, ce qui nuit à la stratification du mélange carburé.
il est souhaitable que le rapport du volume de la pré chambre au volume de la chambre de travail se situe entre environ 0,4 et environ 1,0.
La réalisation de la pré chambre et de la chambre de travail de façon que le rapport de leurs volumes se situe entre environ 0,4 et environ 1,0 est dictée par le désir d'utiliser tout l'air se trouvant dans la chambre de travail pour l'oxydation du carburant, tout en conservant des taux de compression acceptables.
La diminution du rapport du volume de la préchambre au volume de la chambre de travail au-dessous de 0,4 entraîne une non-utilisation importante de l'air dans la chambre de travail et, en conséquence, un sous-développement de la puissance.
L'augmentation dudit rapport au-dessus de 1 abaisse notablement le taux de compression, ce qui se traduit aussi par une perte de puissance et une baisse des qualités économiques.
Il est recommandé que l'axe longitudinal de la préchambre coïncide sensiblement avec l'axe du canal d'éjection de flamme et forme avec le petit axe de la trochoide un angle compris entre environ 150 et environ 700.
Cette plage d'angles d'inclinaison de l'axe longitudinal de la préchambre et du canal d'éJection de flamme permet d'éviter le décrochage de la flamme sortant du canal d'éjection de flamme.
Un angle d'inclinaison dudit axe inférieur à 150 provoque l'apparition de l'effet de décrochage de la flamme, par suite de la grande vitesse relative des courants de gaz s'écoulant de la partie arrière de la cavité de volume variable concernée à sa partie avant et des gaz sortant du canal d'éJection de flamme dans le sens de la rotation du rotor.
Quand l'une des faces latérales du rotor occupe la position dans laquelle la cavité de volume variable formée par cette face, la surface trocholdale de la chambre de travail et les flasques a un volume minimal, cette cavité de volume variable est partagée en deux parties par le contact de ladite face latérale du rotor avec la surface trocholdale de la chambre de travail, dans la zone du petit axe de la trocholde.
Considérées par rapport au sens de rotation du rotor, une partie de la cavité de volume variable est en avant, et l'autre, en arrière. Pendant la rotation du rotor, la partie arrière de la cavité de volume variable diminue, tandis que la partie avant augmente, ce qui provoque de grandes vitesses d'écoulement des gaz de la partie arrière de ladite cavité de volume variable à sa partie avant, dans la zone du petit axe de la trochoide.
Ceci peut provoquer le décrochage de la flamme si l'angle d'inclinaison de l'axe de la préchambre par rapport au petit axe de la trochoide est trop petit.
L'augmentation de l'angle diminue l'effet de décrochage, mais l'augmentation de l'angle au-dessus de 700 est irrationnel pour des considérations constructives.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 représente schématiquement un moteur à explosion à piston rotatif conforme à l'invention (vue en coupe transversale montrant d'une manière conventionnelle la face frontale du rotor);;
- la figure 2a représente les courbes de variation de la consommation horaire de carburant (G, kg/h) en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à explosion à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons à préchambre connu, à combustion complexe ("compound") tourbillonnaire réglable, désignée dans ce qui suit par CVCC ("Compound Vortex Controlled
Combustion"), de la firme "Honda" (Japon), répondant aux prescriptions de la norme des Etats-Unis pour 1982 concernant le niveau des émissions de substances toxiques;
- la figure 2b représente les courbes de la pression des pertes mécaniques (P) en marche à vide en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";;
- la figure 2c représente les courbes de variation de la quantité d'oxyde de carbone (CO, %) rejetée à l'atmosphère en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";
- la figure 2c représente les courbes de variation de la quantité d'oxyde de carbone (CO, ib) rejetée à l'atmosphère en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à piston connu précité de la firme "Honda";;
- la figure 2d représente les courbes de variation du coefficient d'excès d'air (Oz E en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à piston rotatif conforme à l'inventicn et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";
- la figure 3a représente les courbes de variation de consommation horaire de carburant (G, kg/h) en fonction de la pression moyenne indiquée (Pi), qui est la pression moyenne des gaz dans les cavités de volume variable pendant le cycle de fonctionnement du moteur à la vitesse de rotation de l'arbre à excentrique n = 3000 tr/mn, du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";;
- la figure 3b représente les courbes de variation de la quantité d'oxyde de carbone (C0, %) rejetée à l'atmosphère, en fonction de ladite pression moyenne indiquée (Pi) des gaz à ia vitesse de rotation de l'arbre à excentrique n = 3000 tr/mn, du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";
- la figure 3c représente les courbes de variation de la quantité d'hydrocarbures (CH, ppm) rejetés à l'atmosphère, en fonction de la pression moyenne indiquée (Pi) des gaz, à la vitesse de rotation de l'arbre à excentrique n = 3000 tr/mn, du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";;
- la figure 3d représente les courbes de variation du coefficient d'excès d'air (O() en fonction de la pression moyenne indiquée (Pi) des gaz, à la vitesse de rotation de l'arbre à excentrique n = 3000 tr/mn, du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda".
- la figure 1 représente schématiquement un moteur à explosion à piston rotatif conforme à l'invention (vue en coupe transversale montrant d'une manière conventionnelle la face frontale du rotor);;
- la figure 2a représente les courbes de variation de la consommation horaire de carburant (G, kg/h) en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à explosion à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons à préchambre connu, à combustion complexe ("compound") tourbillonnaire réglable, désignée dans ce qui suit par CVCC ("Compound Vortex Controlled
Combustion"), de la firme "Honda" (Japon), répondant aux prescriptions de la norme des Etats-Unis pour 1982 concernant le niveau des émissions de substances toxiques;
- la figure 2b représente les courbes de la pression des pertes mécaniques (P) en marche à vide en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";;
- la figure 2c représente les courbes de variation de la quantité d'oxyde de carbone (CO, %) rejetée à l'atmosphère en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";
- la figure 2c représente les courbes de variation de la quantité d'oxyde de carbone (CO, ib) rejetée à l'atmosphère en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à piston connu précité de la firme "Honda";;
- la figure 2d représente les courbes de variation du coefficient d'excès d'air (Oz E en marche à vide, en fonction de la vitesse de rotation (n, tr/mn) du moteur à piston rotatif conforme à l'inventicn et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";
- la figure 3a représente les courbes de variation de consommation horaire de carburant (G, kg/h) en fonction de la pression moyenne indiquée (Pi), qui est la pression moyenne des gaz dans les cavités de volume variable pendant le cycle de fonctionnement du moteur à la vitesse de rotation de l'arbre à excentrique n = 3000 tr/mn, du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";;
- la figure 3b représente les courbes de variation de la quantité d'oxyde de carbone (C0, %) rejetée à l'atmosphère, en fonction de ladite pression moyenne indiquée (Pi) des gaz à ia vitesse de rotation de l'arbre à excentrique n = 3000 tr/mn, du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";
- la figure 3c représente les courbes de variation de la quantité d'hydrocarbures (CH, ppm) rejetés à l'atmosphère, en fonction de la pression moyenne indiquée (Pi) des gaz, à la vitesse de rotation de l'arbre à excentrique n = 3000 tr/mn, du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda";;
- la figure 3d représente les courbes de variation du coefficient d'excès d'air (O() en fonction de la pression moyenne indiquée (Pi) des gaz, à la vitesse de rotation de l'arbre à excentrique n = 3000 tr/mn, du moteur à piston rotatif conforme à l'invention et du moteur à pistons connu précité de la firme "Honda".
Le moteur à explosion à piston rotatif faisant l'objet de l'invention comprend un carter 1. Dans le carter 1 est ménagée une chambre 2 de travail, formée par la surface intérieure trochoidale 2a et délimitée à ses faces frontales par des flasques (non représentés).
Dans le carter 1 sont ménagés un canal 3 d'admission de gaz dans la chambre 2 de travail et un canal 4 d'échappement des produits de combustion de la chambre 2 de travail. Les canaux 3 et 4 sont parallèles entre eux et à l'axe transversal 5 du carter 1, qui est le petit axe de la trochoide. Les canaux 3 et 4 sont situés symétriquement par rapport à l'axe 5. Leur situation exacte est choisie d'après les phases de distribution voulues.
Dans la paroi du carter 1 sont ménagés des canaux débouchants 6 pour la circulation d'un liquide de refroidissement . Dans la chambre 2 de travail , suivant son axe longitudinal 7, est monté un arbre 8 ayant un excentrique 9 et constituant l'arbre de prise de force. L'arbre 8 est monté de façon qu'il puisse tourner dans des paliers (non représentés) qui sont fixés dans les flasques du carter 1.
Dans la chambre 2 de travail est placé un rotor 10 monté de façon qu'il puisse tourner dans le palier (coussinet ) 11 de l'arbre 8 à excentrique.
Le rotor 10 est triangulaire, chacune de ses faces latérales 12 étant une surface de forme telle que sa section transversale soit une enveloppe intérieure de la trochoide.
Aux intersections des faces latérales 12 sont ménagées des rainures dans lesquelles sont placés des joints 13 d'étanchéité radiaux, serrés par des lames élastiques (non représentées) contre la surface trochoidale 2a de la chambre 2 de travail.
Dans les faces frontales du rotor 10 sont ménagées des rainures en arc de cercle, dans lesquelles sont placés des joints d'étanchéité frontaux 14 serrés en permanence par des ressorts (non représentés) contre les flasques de la chambre 2 de travail.
Pour le raccordement des joints radiaux 13 aux joints frontaux 14, des trous cylindriques borgnes ménagés aux sommets du rotor 10 reçoivent des cylindres 15 qui sont serrés en permanence contre les flasques de la chambre 2 de travail par des ressorts (non représentés).
Dans les surfaces frontales du rotor sont aussi ménagées des gorges circulaires recevant des anneaux racleurs d'huile 16 serrés par des ressorts (non représentés ) contre les flasques de la chambre 2 de travail.
Pendant la rotation du rotor 10 dans le palier 11 de l'excentrique 9, il se forme , entre les faces latérales 12 du rotor 10, les flasques de 1-a chambre 2 de travail et la surface trochoidale 2a de la chambre 2 de travail, des cavités de volume variable dans lesquelles se déroule le cycle à quatre temps du moteur à explosion.
Dans le carter 1, du coté opposé à celui où se trouvent le canal 4 d'échappement des produits de combustion et le canal 3 d'admission des gaz, est réalisée une préchambre 17 mise en communication avec la chambre 2 de travail par un canal 18 d'éjection de flamme dans la zone de l'axe transversal 5 du carter 1.
La préchambre 17 est en forme de cône divergent, au sommet duquel est monté un injecteur 19 de conception connue appropriée quelconque, avec un pluvérisateur 20 (lui aussi de conception connue) pour l'injection du carburant dans la préchambre 17, sensiblement en face de l'orifice d'entrée du canal 18 d'éJection de flamme.
Dans la zone du pulvérisateur 20 de l'inJecteur 19 il y a une bougie 21 d'allumage, de conception connue appropriée quelconque. A une distance du pulvérisateur 20 de l'injecteur 19 plus grande que celle de la bougie 21, c'est-à-dire plus près du canal 18 d'éjection de flamme, il y a une seconde bougie 22 d'allumage, elle aussi de conception connue appropriée quelconque.
La distance de la bougie 21 d'allumage au pulvérisateur 20 de l'injecteur 19 est égale à 0,25 de la longueur de la préchambre. Ceci assure un allumage fiable du mélange carburé dans la préchambre 17 en régime de marche à vide et aux charges partielles.
La distance de la seconde bougie 22 d'allumage au pulvérisateur 20 de l'injecteur 19 est égale à 0,9 de la longueur de la préchambre 17, ce qui assure la marche sans à-coups du moteur aux régimes de grande puissance.
Le rapport de la longueur de la préchambre 17 au diamètre maximal de sa section transversale est de 3,5, ce qui assure des conditions optimales pour la stratification du mélange carburé dans la préchambre 17 et pour le balayage des gaz résiduels de cette préchambre 17 après la combustion du carburant.
Le rapport du volume de la préchambre 17 à la valeur de la section transversale du canal 18 d'éjection de flamme est de 43 cm, ce qui n'entrave pas le passage des gaz vers la préchambre 17 et dans le sens contraire, assure un bon balayage des gaz résiduels de la préchambre 17, n'engendre pas de turbulence notable pouvant altérer la stratification du mélange carburé dans la préchambre 17, et maintient à un niveau acceptable les fuites de gaz de l'une des cavités de volume variable à l'autre au moment où le joint radial 13 passe devant l'orifice du canal 18 d'éjection de flamme.
Le rapport du volume de la préchambre 17 au volume de la chambre 2 de travail est de 0,5,ce qui permet d'utiliser presque tout l'air se trouvant dans la chambre 2 de travail pour l'achèvement de la combustion des produits de combustion incomplètement brûlés se formant dans la préchambre 17 aux charges accrues, tout en abaissant fortement le taux de compression.
L'axe longitudinal 23 de la préchambre 17 est confondu avec l'axe du canal 18 d'éjection de flamme et forme avec le petit axe 5 de la trocholde un angle de 300, ce qui assure une combustion stable du mélange carburé, sans décrochage de la flamme.
Le moteur à explosion à piston rotatif conforme à l'invention fonctionne de la façon suivante.
Pendant la rotation du rotor 10, il se forme entre ses faces latérales 12, les asques de la chambre 2 de travail et la surface trocholdale 2a de la chambre 2 de travail, des cavités de volume variable dans lesquelles se déroule le cycle à quatre temps du moteur à explosion.
Au temps d'admission, l'air est aspiré à travers le canal 3 dans l'une des cavités de volume variable, au moment où son volume augmente Jusqu'à la valeur maximale.
Le temps de compression commence après que le joint radial 15 ait franchi le canal d'admission 3; ensuite le volume de la cavité de volume variable considérée diminue jusqu'à sa valeur minimale.
Quand le mélange carburé est comprimé, la cavité de volume variable considérée est mise en communication avec la préchambre 17, via le canal -1 & d'éjection de flamme, immédiatement après le passage du joint radial 13 devant l'orifice du canal 18 d'élection de flamme, et l'air comprimé entre dans la préchambre 17. Durant le temps de compression, du carburant est injecté sous haute pression dans la préchambre 17 par l'injecteur 19 à travers son pulvérisateur 20. Comme la forme de la préchambre 17 correspond à la forme du jet de carburant injecté, tout l'air arrivé dans la zone du jet de carburant pulvérisé se trouve immiscé dans ce jet. Comme l'injection de carburant s'interrompt avant que la cavité de volume variable considérée n' atteigne sa valeur minimale, l'air continuant à arriver dans la préchambre 17, tout en s immisçant partiellement dans le mélange carburé déjà formé, commence à comprimer ce mélange vers le pulvérisateur 20 de l'injecteur 19, ce qui contribue à la formation d'un mélange carburé riche près de la bougie 21 d'allumage.
La quantité de carburant injectée par l'injecteur 19 dans la pré chambre 17 varie en fonction du régime de marche du moteur. C'est pourquoi la quantité de carburant dans le mélange carburé varie suivant la longueur de la préchambre en fonction du régime de marche du moteur.
A vide et aux faibles charges, le mélange carburé de composition la plus favorable à l'inflammation se trouve, suivant la longueur de la préchambre, dans la zone de la bougie 21 d'allumage.
Aux charges moyennes et maximales, le mélange carburé de composition la plus favorable à l'inflammation se trouve, suivant la longueur de la préchambre, dans la zone de la bougie 22 d'allumage, tandis que dans la zone de la bougie 21 d'allumage, le mélange est surenrichi et son inflammation est difficile ou même pratiquement impossible.
Ainsi, en marche à vide et aux faibles charges, le mélange carburé est enflammé dans la préchambre 17 par la bougie 21 d'allumage, tandis qu'aux charges moyennes et maximales il est enflammé dans la préchambre 17 par la bougie 22 d'allumage.
Au moment où la cavité de volume variable mise en communication avec la pré chambre 17 a un volume proche de sa valeur minimale, le mélange carburé est enflammé dans la préchambre 17 par la bougie 21 ou 22 d'allumage, comme indiqué plus haut; l'instant de mise en action des bougies 21, 22 dépend de la vitesse et de la charge du moteur.
Le carburant enflammé commence à brûler. La combustion complète du carburant dans la préchambre 17 dépend de la quantité d'air se trouvant dans la préchambre 17. A vide et aux charges partielles , le carburant brûle entièrement dans la préchambre 17.
Aux charges moyennes et fortes, le carburant ne brûle pas entièrement dans la préchambre 17, car, d'ordinaire, la quantité d'air s'y trouvant est insuffisante pour la combustion complète. C'est pourquoi, aux charges moyennes et fortes, pendant la détente (quand le volume de la cavité de volume variable considérée commence à augmenter), les produits brûlés sont éjectés de la préchambre 17 vers la cavité de volume variable considérée, via le canal 18 d'éJection de flamme, en même temps que les produits de combustion incomplète.
En se mélangeant à l'air qui se trouve dans la cavité de volume variable en cours d'expansion, la combustion des produits de combustion incomplète s'achève activement. A la fin de la détente, la combustion s'achève dans la cavité de volume variable.
Ensuite le joint radial 13 démasque le canal 4 d'échappement des produits de combustion, la pression tombe brusquement dans la cavité de volume variable considérée, puis le volume de cette cavité commence à diminuer et les produits de combustion restants sont chassés à travers le canal 4 d'échappement des produits de combustion. C'est ainsi que se déroule le temps d'échappement. Ensuite toute la séquence de fonctionnement du moteur venant d'être décrite se répète.
Les figures 2a, 2b, 2c et 2d montrent comment varient, en marche à vide, les principaux indices du moteur à piston rotatif conforme à l'invention.
A titre comparatif, on a porté sur les figures 2a, 2b, 2c et 2d les données des essais du moteur à pistons connu de la firme "Honda", à préchambre d'allumage-flambeau (combustion "compound" vortex réglable, CVCC) et à dispositif de postcombustion thermique, qui, pour le niveau de toxicité des gaz d'échappement, répond aux prescriptions de la norme des Etats-Unis pour 1982.
Les courbes marquées de triangles concernent le moteur de la firme "Honda".
Les courbes marquées de cercles concernent le moteur à piston rotatif conforme à l'invention.
La figure 2a représente la variation de consommation horaire (G, kg/h) de carburant en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre. Cette figure fait apparaître qu'en ce qui concerne la consommation horaire de carburant, non seulement le moteur à piston rotatif conforme à l'invention ne le cède en rien au moteur à pistons de la firme "Honda", mais il le surpasse dans toute la plage de vitesses en marche à vide.
La figure 2b représente les courbes de variation de la pression de pertes mécaniques (P). Cette figure fait apparaître que, quoique les valeurs de la pression moyenne de pertes mécaniques dans le moteur à piston rotatif conforme à l'invention soient plus élevées que dans le moteur à pistons de la firme "Honda", le moteur conforme à l'invention surpasse le moteur à pistons connu précité de la firme "Honda" du point de vue de la consommation horaire de carburant (voir figure 2a).
La figure 2c représente les courbes de variation de la quantité d'oxyde de carbone (CO, %) rejetée à l'atmosphère en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre du moteur. Cette figure fait apparaître que le moteur à piston rotatif conforme à l'invention est légèrement moinsbonqiele moteur à pistons de la firme "Honda". Mais il convient ici de ne pas perdre de vue que le moteur à pistons de la firme "Honda" comporte un dispositif de postcombustion thermique des gaz d'échappement.
La figure 2d représente les courbes de variation du coefficient d'air (' < ) du moteur à piston rotatif et à préchambre conforme à l'invention et du moteur à pistons connu de la firme "Honda".
La figure 2d fait apparaître que dans le moteur à piston rotatif conforme à l'invention, à tous les régimes à vide,lecoefficiirrt d'excèsdair (0() ) dépasse de beaucoup celui du moteur à pistons de la firme "Honda". Ceci témoigne du haut degré de stratification du mélange carburé dans le moteur à piston rotatif conforme à l'invention.
Les figures 3a, 3b, 3c et 3d montrent les courbes de variation des principaux indices du moteur à piston rotatif conforme à l'invention en fonction de la charge, à la vitesse de rotation de l'arbre du moteur n = 3000 tr/mn.
A titre comparatif on a porté sur les figures 3a, 3b, 3c et 3d, les indices correspondants du moteur à pistons connu de la firme "Honda", à dispositif de postcombustion thermique.
Les courbes marquées de triangles concernent le moteur à pistons connu de la firme "Honda".
Les courbes marquées de cercles concernent le moteur à piston rotatif conforme à l'invention.
La figure 3a fait apparaître qu'aux principaux régimes de fonctionnement en charge et dans la plage de pressions indiquées moyennes (Pi # # 490 kPa ou 5 kg/cm2), le moteur à piston rotatif conforme à l'invention a une consommation de carburant (G, kg/h) plus basse, c'est-à-dire que pour une même valeur de la pression indiquée moyenne, il est de 20 à 35% plus économique iue le moteur à pistons connu de la firme "Honda",
Les figures 3b et 3c représentent les courbes de variation du taux d'oxyde de carbone (C0, %) (figure 3b) et de la quantité d'hydrocarbures (CH, ppmj (figure 3c) dans les gaz d'échappement en fonction de la pression indiquée moyenne (Pi).Ces courbes font apparaître que le moteur à piston rotatif conforme à l'invention provoque des émissions légèrement plus élevées de substances toxiques, mais il convient de ne pas perdre de vue que le moteur à pistons de la firme "Honda" comporte un dispositif de postcombustion thermique des gaz d'échappement.
Les figures 3b et 3c représentent les courbes de variation du taux d'oxyde de carbone (C0, %) (figure 3b) et de la quantité d'hydrocarbures (CH, ppmj (figure 3c) dans les gaz d'échappement en fonction de la pression indiquée moyenne (Pi).Ces courbes font apparaître que le moteur à piston rotatif conforme à l'invention provoque des émissions légèrement plus élevées de substances toxiques, mais il convient de ne pas perdre de vue que le moteur à pistons de la firme "Honda" comporte un dispositif de postcombustion thermique des gaz d'échappement.
La figure 3d représente les courbes de variation du coefficient d'excès d'air (o() en fonction de la pression indiquée moyenne (Pi).
Cette figure fait apparaître que, dans la plage des principaux régimes d'utilisation(Pi ##490 kPa ou 5 kg/cm), le coefficient c et, par conséquent, le degré de stratification du mélange carburé sont plus grands dans le moteur à piston rotatif conforme à l'invention.
Un modèle d'essai du moteur à piston rotatif conforme à l'invention a été construit et soumis à des épreuves intégrales, qui ont confirmé que, pratiquement à tous les régimes de fonctionnement du moteur, la combustion du mélange carburé est complète. On obtient ainsi une amélioration , dans des proportions de 25 à 3a/o,des performances économiques du moteur à piston rotatif en utilisation et un abaissement appréciable des quantités de substances toxiques rejetées à l'atmosphère avec les gaz d'échappement.
Claims (6)
1.- Moteur à explosion à piston rotatif, comprenant une chambre de travail dans laquelle est monté un rotor ou piston rotatif, ladite chambre de travail ayant une surface intérieure trocholdale et étant mise en communication avec un canal d'admission de gaz et avec un canal d'échappement des produits de combustion qui s'y forment, ainsi qu'une pré chambre mise en communication avec la chambre de travail par un canal d'éjection de flamme, cette préchambre comportant une bougie d'allumage et un inJecteur de carburant doté d'un pulvérisateur et monté dans la préchambre sensiblement en face de l'orifice d'entrée du canal d'éjection de flamme passant dans la zone du petit axe de la trochoide, caractérisé en ce que la préchambre (17) est réalisée en forme de cône s'élargissant au fur et à mesure que l'on s'éloigne du pulvérisateur (20) de l'injecteur (19), et qu'il est prévu dans la préchambre (17) une seconde bougie d'allumage (22), qui est située, par rapport au pulvérisateur (20) de l'injecteur (19), à une distance plus grande que la bougie d'allumage (21) citée en premier.
2.- Moteur à explosion à piston rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre le pulvérisateur (20) de l'inJecteur (19) et la première bougie d'allumage (21) est comprise entre environ 0,1 et environ 0,4 de la longueur de la préchambre (17), et que la distance entre ledit pulvérisateur et la seconde bougie d'allumage (22) est comprise entre environ 0,6 et environ 1 fois la longueur de la préchambre (17).
3.- Moteur à explosion à piston rotatif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rapport de la longueur de la préchambre (17) au diamètre maximal de sa section transversale se situe entre environ 2 et environ 5.
4.- Moteur à explosion à piston rotatif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la préchambre (17) a un volume tel que le rapport de ce dernier à la valeur de la section transversale du canal (18) d'éjection de flamme se situe entre environ 100 cm et environ 10 cm.
5.- Moteur à explosion à piston rotatif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport du volume de la préchambre (17) au volume de la chambre de travail (2) se situe entre environ 0,4 et environ 1,0.
6.- Moteur à explosion à piston rotatif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe longitudinal de la préchambre(17)coïncide sensiblement avec l'axe du canal (18) d'éjection de flamme et forme avec le petit axe de la trochoîde précitée un angle compris entre environ 150 et environ 700.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8205463A FR2524550A1 (fr) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | Moteur a explosion a piston rotatif |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8205463A FR2524550A1 (fr) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | Moteur a explosion a piston rotatif |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2524550A1 true FR2524550A1 (fr) | 1983-10-07 |
Family
ID=9272569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8205463A Pending FR2524550A1 (fr) | 1982-03-30 | 1982-03-30 | Moteur a explosion a piston rotatif |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2524550A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1039546A (en) * | 1963-06-25 | 1966-08-17 | Curtiss Wright Corp | Improvements in or relating to rotary piston internal combustion engines |
| DE1576002A1 (de) * | 1967-04-22 | 1970-05-27 | Daimler Benz Ag | Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzuendung |
| DE2303419A1 (de) * | 1972-01-24 | 1973-08-09 | Toyo Kogyo Co | Drehkolben-brennkraftmaschine |
-
1982
- 1982-03-30 FR FR8205463A patent/FR2524550A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1039546A (en) * | 1963-06-25 | 1966-08-17 | Curtiss Wright Corp | Improvements in or relating to rotary piston internal combustion engines |
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